Życiodajny gaz

Znów pozwoliłem sobie na przewrotny tytuł. Z pewnością pierwsze skojarzenie po przeczytaniu samego tytułu wiązałoby się z tlenem. Ja jednak chciałbym się odnieść do kwestii bardziej bieżących (niemniej „żywotnych” czy „życiodajnych”), a mianowicie do tego gazu, którego ceny przyprawiają o atak serca. I tym razem, nie ma w tych słowach cienia ironii z mojej strony.

Kwestie cen gazu i jego znaczenia w naszym życiu goszczą na łamach mediów (zarówno tradycyjnych, jak i internetowych i społecznościowych) ostatnimi czasy niezwykle często. Pojawia się przy tym wiele nieporozumień, szczególnie w kwestii terminologii i pewnych obiegowych opinii, które wymagają wyjaśnienia. Tym bardziej, że pewnych nieporozumień dopuszczają się także eksperci, którzy naprawdę świetnie znają się na niuansach polityczno-ekonomicznych, ale czasem niedostatecznie objaśniają pewne sprawy natury fizykochemicznej.

A więc zacznijmy od samego słowa gaz. Wiemy, że oznacza ono stan skupienia, ale w języku potocznym odnosi się to słowo do gazu… no właśnie jakiego gazu? To jedna z tych rzeczy, które wszyscy wiedzą, ale objaśnić trudno. Zapytany na ulicy człowiek, odpowie zapewne, że chodzi o gaz, który służy jako paliwo w samochodach albo o taki, który jest w kuchenkach gazowych.

I tu pojawiają się schody, bowiem nawet przy takim zawężeniu tego pojęcia nie mamy do czynienia z jednym gazem. Gaz, który mamy w Europie w domach i zakładach przemysłowych, i który przesyłany jest gazociągami (m.in. (nie)sławnym Nord Stream-em) to głównie metan. Ten najlżejszy i najprostszy z węglowodorów ma bardzo wysoką wartość opałową, spala się nie tylko do dwutlenku węgla, ale i wody, co daje mu dużą przewagę nad paliwami stałymi takimi jak węgiel.

Metan jest paliwem kopalnym (stąd termin „gaz ziemny”), wydobywanym ze złóż podziemnych towarzyszących często złożom ropy naftowej, choć jest wiele przykładów złóż samodzielnych, choćby złoża eksploatowane przez Polskę spod dna Bałtyku (bo nie wiem czy wiecie, ale mamy swoje platformy wiertnicze parędziesiąt kilometrów na północ od Władysławowa!). Innym przykładem są złoża gazu w porowatych skałach, tzw. łupkach (stąd potoczne określenie „gaz łupkowy”).

Jak wspomniałem, gaz ten można po wydobyciu transportować gazociągami, ale inną opcją jest jego sprężenie i skroplenie (przypominam, że wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie temperatura wrzenia). Temu służą cysterny samochodowe i kolejowe oraz specjalne statki, tzw. gazowce.

Gazowce muszą posiadać po pierwsze odporne zbiorniki na skroplony gaz oraz układ ich chłodzenia. Sprytnym rozwiązaniem jest wykorzystanie faktu, że odparowując, gaz pochłania energię cieplną. Czyli innymi słowy pozwala się w czasie transportu odparować części gazu i przez to obniżyć temperaturę zbiorników. Ale bez obawy, ten odparowujący gaz się nie marnuje, jest bowiem kierowany do turbin gazowych, które obracają śrubami napędowymi statku (a więc nie musi on zabierać dodatkowego paliwa). Nie powiem, na mnie prostota i skuteczność tego rozwiązania, które daje podwójne korzyści, robi wrażenie.

Transport gazu ziemnego w formie płynnej, choć pozwala wielokrotnie zredukować jego objętość, wymaga jednak odpowiedniej aparatury do jego skroplenia a potem do tzw. regazyfikacji. Chodzi tutaj o kontrolowane rozprężanie gazu. Takie instalacje są istotną częścią m.in. gazoportów, czyli wyspecjalizowanych miejsc dokowania gazowców. Jeden z takich gazoportów znajduje się w Polsce, w Świnoujściu.

Ciekły gaz ziemny często jest określany skrótem LNG, pochodzącym od angielskich słów liquified natural gas (ciekły naturalny gaz), ale innym ze skrótów odnoszących się do gazu ziemnego, jest CNG, czyli gaz ziemny sprężony do ciśnienia rzędu 20–25 MPa (ok. 200-250 atm). Jest on także stosowany do napędu pojazdów silnikowych, jakkolwiek jest on bardziej popularny w Azji i Ameryce Południowej. Choć wymaga mniej wyspecjalizowanych instalacji ze względu na niższe ciśnienia), to jednak jako paliwo jest mniej wydajny (biorąc pod uwagę ilość energii zmagazynowaną w jednostce objętości.

Znamy jeszcze LPG, czyli skroplony gaz petrochemiczny (od ang. liquefied petroleum gas), który potocznie nazywa się „propan-butan”, bo w istocie te dwa gazy stanowią ponad 90% składu tej mieszaniny lekkich węglowodorów, które otrzymuje się jako produkt rafinacji ropy naftowej. LPG służy jako paliwo do silników spalinowych a także napełnia się nim butle zasilające kuchenki gazowe, kiedy nie ma możliwości przyłączenia ich do instalacji gazowej. Mowa o butlach kilkunastokilowych, jak i małych „kartridżach” do kuchenek turystycznych.

LPG, ze względu na wyższą temperaturę skroplenia propanu i butanu, łatwiej sprężyć i skroplić, co ułatwia jego użytkowanie, ponieważ butle nie muszą być odporne na tak duże ciśnienia, jak w przypadku zbiorników na CNG lub LNG.

Pisząc o gazie cały czas mówiłem o jego zastosowaniu grzewczym i napędowym. Trzeba jednak pamiętać, że szczególnie metan jest kluczowym surowcem w wielu syntezach chemicznych, przede wszystkim w produkcji wodoru oraz amoniaku. Ten ostatni to podstawa produkcji nawozów sztucznych i dlatego polskie zakłady azotowe (np. w Puławach, Policach i Kędzierzynie-Koźlu) to główni odbiorcy przemysłowi gazu ziemnego.

I jeszcze na koniec jedna uwaga na temat pewnego stereotypu. Uważa się powszechnie, że gaz (ten w kuchenkach) jest trujący. Znamy sceny, na przykład z filmów, gdzie ktoś popełnia samobójstwo (lub morderstwo pozorowane na samobójstwo), odkręcając gaz i wdychając go. Trzeba jednak mieć świadomość dwóch faktów. Po pierwsze, że śmierć w tym wypadku następuje w wyniku uduszenia z powodu wyparcia powietrza (a więc i tlenu) z płuc człowieka. Stąd analogiczne konsekwencje miałoby wdychanie gazu z okręconej butli z azotem lub argonem. A te gazy, podobnie jak węglowodory obecne w gazie „opałowym”, są nietoksyczne.

Druga sprawa, że przeświadczenie o trującym działaniu gazu pochodzi z czasów, kiedy gaz dosłownie produkowano w gazowniach. Dziś, kiedy ktoś mówi „idę do gazowni”, albo „muszę zadzwonić do gazowni” ma na myśli kontakt z firmą zajmującą się dostarczaniem gazu – metanu. Dawniej jednak gazownie to były prawdziwe duże zakłady przemysłowe lokalizowane w miastach (nawet takich „powiatowych”), które produkowały gaz opałowy na drodze termicznej obróbki węgla kamiennego, który ogrzewany w piecach, bez dostępu powietrza, dawał koks oraz gaz koksowniczy. Kto jest ciekaw historii gazownictwa, ten powinien odwiedzić fascynujące Muzeum Gazownictwa w Paczkowie w województwie opolskim (byłem, widziałem, polecam).

Gaz koksowniczy jest mieszaniną wodoru oraz lotnych węglowodorów, głównie metanu. Jednakże zawiera także kilka procent tlenku węgla(II), czyli tzw. czadu, który jest bardzo toksyczny i prowadzi do śmiertelnych zatruć ludzi i zwierząt. W tamtych czasach (nie aż tak odległych, bo aż do lat 80. XX w.) nieszczelna instalacja gazowa groziła zatruciem właśnie czadem. Potem zaczęto powszechnie stosować gaz ziemny, i dziś nieszczelna instalacja tym nie grozi, choć pozostaje oczywiście ryzyko wybuchu. Dlatego zresztą do gazu dodaje się organiczne związki siarki, tiole (merkaptany), których minimalna zawartość nadaje mu specyficzny, drażniący zapach.

Hmmm, tekst wyszedł całkiem długi. Ale cóż. Jak sami widzicie, wątków jest sporo, a wszystkie bardzo ciekawe. W każdym razie nie ulega wątpliwości, że nasz świat bez gazu ciężko by sobie radził, a efektywnej alternatywy próżno na razie szukać…

Wojciech Smułek

12.03.2021